【时空+】美国高级研究计划局开展水下定位系统研发

近日，美国高级研究计划局（DARPA）的研发者表示，其正在研发的“深海定位导航系统”（POSYDON）能够在...



近日，美国高级研究计划局（DARPA）的研发者表示，其正在研发的“深海定位导航系统”（POSYDON）能够在大洋中提供实时、连续、稳定的定位信息。通过布放少量的可远距离传播的声源系统，水下平台不再需要定期上浮接收GPS信号即可获得连续、高精度的导航信息。这将增加水下平台的安全性，降低暴露自身的概率。

美国高级研究计划局（DARPA）投资研发的“深海定位导航系统”（POSYDON）可以综合运用水下声波信号、水面浮标、水下信标或节点、GPS信号，够快速确定水下执行任务的无人系统的位置坐标，并将数据传输回水面舰或潜艇。

目前，“深海定位导航系统”（POSYDON）正在进行第一阶段的研发工作，由美国高级研究计划局（DARPA）和BAE等公司合作完成。

扩展：

2016年5月，美国高级研究计划局（DARPA）授予了英国军工巨头BAE Systems公司（拥有超过40年的水下主动定位系统和被动定位系统经验）“深海导航定位系统”（POSYDON）项目合同，计划通过在海床上安装声呐信标（声音信号源），组成类似GPS的系统，使在海底的潜艇不必浮出水面就可得到精确的定位信息。接收机收到声音信号后，就可根据测量每个信标声音到达的时间差测算出位置，无需再上浮水面用GPS信号对IMU进行校准，实现长距离和长时间的航行。

主要研究内容

声音测量模型、声音源和波形、海水中数据收集和演示、其他相关技术。

声音测量模型包括：能够克服时变多径传播和多径延迟挑战的水下声音信号传播信道；相对于声音源和海洋环境的船只运动的多普勒扩展；带宽有限的信号和汇聚区。

声音源和波形包括找到海盆尺度范围内的声音源，并确定数量、位置和深度。

海水中数据收集和演示包括在海水中搜集数据，来证实声音测量模型和声音源波形。

附属技术包括采用其他类型器件、处理和建模方法的独立定位、导航和定时解决方案。

水下定位难题

水上定位主要采用美国全球定位系统（GPS）。由于GPS信号无法在水面以下传播很远的距离，无法提供水面以下的定位。此外，还存在GPS信号被有意干扰而无法定位的情况。

水下定位主要采用美国于冷战期间发明的惯性测量单元（IMU），它通过陀螺仪从某一个固定起始点开始跟踪潜艇的运动，以估算出潜艇位置。但采用这种方法，一方面潜艇须定时上浮以获取GPS等信号来进行校正，而上浮就意味着危险；另一方面，尽管随着技术的进步，陀螺仪的体积得以大幅缩小（IMU的基础部件也已广泛用于智能手机中），但精确的IMU系统仍然体积庞大、价格昂贵。如果安装数十个甚至上百个IMU会迅速超出潜艇的预算和装载能力。

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